/**
 * 将二叉搜索树转化为排序的双向链表
 *
 * 将一个 二叉搜索树 就地转化为一个 已排序的双向循环链表 。
 * 对于双向循环列表，你可以将左右孩子指针作为双向循环链表的
 * 前驱和后继指针，第一个节点的前驱是最后一个节点，最后一个
 * 节点的后继是第一个节点。
 * 特别地，我们希望可以 就地 完成转换操作。当转化完成以后，树
 * 中节点的左指针需要指向前驱，树中节点的右指针需要指向后继。还
 * 需要返回链表中最小元素的指针。
 *
 * 示例 1：
 * 输入：root = [4,2,5,1,3]
 * 输出：[1,2,3,4,5]
 * 解释：下图显示了转化后的二叉搜索树，实线表示后继关系，虚线表示前驱关系。
 *
 * 示例 2：
 * 输入：root = [2,1,3]
 * 输出：[1,2,3]
 *
 * 示例 3：
 * 输入：root = []
 * 输出：[]
 * 解释：输入是空树，所以输出也是空链表。
 *
 * 示例 4：
 * 输入：root = [1]
 * 输出：[1]
 *
 * 提示：
 * -1000 <= Node.val <= 1000
 * Node.left.val < Node.val < Node.right.val
 * Node.val 的所有值都是独一无二的
 * 0 <= Number of Nodes <= 2000
 */

/**
 * 这里将二叉排序树进行有序化我们直接用中序遍历就可以了,
 * 但是我们要在这个过程中加入前后节点的链接, 这个时候我
 * 们就需要一个节点来记录之前的节点了
 * 我们用 prev 记录之前的节点, cur 代表现在的节点,
 * 在第一次遍历的时候, prev 是为 null 的, 这时我们我
 * 们需要将 cur 节点记录下来, 因为他是 头节点,
 * 之后的情况下, prev 就不为 null 了, 那我们就可以开
 * 始将他们链接起来了, 到了最后 cur 指向 null结束, prev
 * 指向的会是最后一个节点, 我们在递归中序遍历出来之后进行
 * 首位的链接
 * 时间复杂度 : O(n)
 * 空间复杂度 : O(n)
 */

public class Main {

    // 全局变量
    Node prev, head;

    public Node treeToDoublyList(Node root) {

        // 特殊情况, 要是为 null, 直接返回 null
        if (root == null) {
            return null;
        }

        // 开始中序遍历
        dfs(root);

        // 遍历完了之后, 修改第一个节点和最后一个节点的指向
        head.left = prev;
        prev.right = head;

        // 返回 head
        return head;
    }

    // 在中序遍历中, 改变节点的引用状态
    public void dfs(Node cur) {

        // 出口
        if (cur == null) {
            return;
        }

        dfs(cur.left);

        if (prev != null) {
            prev.right = cur;
            cur.left = prev;
        } else {

            // 更新头节点
            head = cur;
        }


        // 更新 prev
        prev = cur;


        dfs(cur.right);
    }
}

class Node {
    public int val;
    public Node left;
    public Node right;

    public Node() {}

    public Node(int _val) {
        val = _val;
    }

    public Node(int _val,Node _left,Node _right) {
        val = _val;
        left = _left;
        right = _right;
    }
}